同侧导竖式鱼道水力特性试验研究

以某水电站鱼道体型为研究基础,通过1∶10鱼道局部模型,对同侧竖缝式池室的水力特性进行了试验研究,得到了过鱼池室流态、流速分布以及适合目标鱼类上溯的路径等,并对隔板体型、竖缝宽度以及池室长度等进行了分析论证。试验结果表明,该隔板型式、池室尺寸以及池底坡度的同侧导竖式鱼道参数设计基本合理,比较适合需要保护的4大家鱼洄游上溯。通过活鱼试验,验证了鱼类上溯喜好的水力条件等。     

花园水库鱼道池室水力特性研究

本文以花园水库工程鱼道为例,通过1∶5鱼道局部模型,对同侧横隔板竖缝式鱼道的水力特性进行研究;对过鱼池室流态、流速分布、单位体积消能率等进行了观测分析。试验结果表明:该隔板型式、池室尺寸以及池底坡度的同侧横隔板竖缝式鱼道参数设计基本合理,比较适合需要保护的过鱼对象的洄游上溯需求。研究成果可供类似工程参考。     

竖缝宽度对鱼道100°转弯处水流特性的影响研究

影响竖缝式鱼道水流特性的主要参数有池室的长宽比、隔板长度、导板长度、墩头型式与导向角度等,而竖缝宽度对水流结构的影响也不可忽略,尤其是在鱼道的转弯段等复杂结构条件下。本文以某实际工程鱼道中的100°转弯段为研究对象,采用数值模拟的方法,分析竖缝宽度对此鱼道100°转弯处水流特性的影响。     

异侧竖缝式鱼道在某工程的数值模拟与分析

竖缝式鱼道具有能较好适应水位变化、消能效果明显和水流流态较好等特点,且过鱼效果明显,广泛应用于实际工程中。通过数值模拟的方法,以鱼道底坡坡比和池室长宽比为变量,探究池室结构变化对异侧竖缝式鱼道水力特性的影响。模拟结果表明:（1）池室长宽比确定后,底坡坡比变化不影响主流区平面形态、沿程主流区最大流速位置分布和回流区面积大小分布,但当底坡坡比确定后,池室长宽比的变化对池室水力特性的影响较大;（2）各底坡坡比各池室长宽比,由于竖缝处射流作用的影响,沿程主流区最大流速距离竖缝位置一定范围内数值在变化,但最大流速位置并未发生改变;（3）当 Ｌ／Ｂ＝1．00,ｉ＝1∶70、1∶80、1∶90时,池室最大流速沿程衰减率达到最大值,池室内最大流速小于设计流速,相邻两级池室隔板间主流区平面形态弯曲较小,回流区两侧面积相差较小且池室主流区未出现贴壁流现象,因而可作为研究区域鱼道的设计参数。     

竖缝式鱼道水流结构的数值模拟

对竖缝式鱼道的水流结构进行了数值模拟计算,系统研究了鱼道水池长宽比和隔板墩头布置体型对水池内水流流态的影响。研究表明,鱼道水池长宽比是影响竖缝式鱼道水流结构的主要控制因素,长宽比在8∶8～10.5∶8的范围内,可以获得较好的流态。研究还表明,隔板是否设置墩头对水流结构的影响有限,从避免漂浮物滞留与防止泥沙淤积角度看,在实际的鱼道工程中可考虑不设隔板墩头。     

基于竖缝隔板的大底坡鱼道水力优化数值模拟

为了优化大底坡竖缝式鱼道池室水力特性,在验证物理模型的基础上,构建三维水动力数学模型,考虑5种大底坡坡度对竖缝有无隔板及竖缝隔板不同安装高度的池室水力分布进行了数值模拟分析。结果表明,竖缝设置隔板能有效减小池室最大流速和平均湍动能;当底坡为1/20时,池室最大流速下降率为10.16%~14.84%,平均湍动能下降率为21.88%~42.19%,主流最大流速衰减率为61.24%~61.82%,池室内形成了小流速、低湍动的Ω形连续性水流;改变竖缝隔板安装高度会影响隔板上下水深处的竖缝流速大小,但对隔板上下水深处的流速、湍动能、应变率的分布规律无显著影响。     

异侧竖缝式鱼道水力特性研究

为了对异侧竖缝式鱼道的水力特性进行系统研究,设计了带隔板的玻璃水槽,对该型式鱼道进行了试验模拟。测量了鱼道池室内的流速分布,分析讨论了不同竖缝宽度和池室长度下的无量纲流速分布特征和断面最大流速沿程衰减情况;提出主流轨迹的拟合公式,并比较分析了试验异侧竖缝式鱼道的水流特性。结果表明,该型式室内鱼道水流为二维流态。确定了主流流速与竖逢平均流速的比值范围。该试验结果可供相关设计及科研参考使用。     

雅鲁藏布江藏木水电站鱼道工程设计与研究

藏木水电站为雅鲁藏布江干流中游水电规划的第4级电站。藏木水电站采用鱼道过鱼方式达到大坝上下游鱼类基因交流,并为部分鱼类繁殖洄游提供必要通道的目的。藏木鱼道设计和研究期间,先后开展了国内外过鱼设施调研、过鱼对象和过鱼季节研究、鱼类游泳能力测试、水力学模型试验、鱼道模型可通过性试验,后续即将开展鱼道监测。藏木鱼道布置在河床右岸,全长3 621.338 m,鱼道池室型式选用垂直竖缝式,竖缝流速为1.1 m/s,池室长度3.00 m,池室宽度2.40 m,竖缝宽度0.30 m,运行水深1.00~2.70 m,鱼道坡度0.02,鱼道共计13个可供休息鱼类场所。藏木鱼道设3个鱼道进口,并增设鱼道进口补水诱鱼系统,鱼道中段设鱼道观测室,观测室旁增设旁通池,共设置4个鱼道出口。     

黄金峡水利枢纽高水头过鱼建筑物设计

黄金峡水利枢纽鱼道的最高运行水头为45.50 m,上游水位的变化幅度达10 m,属于高水头过鱼建筑物。根据过鱼对象的种类、习性和游泳能力,过鱼建筑物选用带同侧竖缝式隔板的"U"型槽式鱼道,并通过水力学计算得出了鱼道池室的结构尺寸,同时为适应上游水位的变化,鱼道布置了5个出鱼口。为了分析鱼道布置方案的合理性,建立鱼道进口、集鱼系统整体模型和鱼道局部模型,模拟得出了鱼道进鱼口周边区域的流速分布、过鱼池水力学特性等。试验结果表明,鱼道进鱼口区域的流场分布适宜鱼类上溯至进鱼口,过鱼池的水力学条件满足符合过鱼对象顺利上溯的要求,设计方案是合理的。     

组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响。结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖缝处平均流速为0.83 m/s,竖缝处流速分布范围为0.76~0.89 m/s;堰上流速为0.90~1.12 m/s,回流区流速分布范围为0.09~0.25 m/s,流速大小在鱼类的克流能力范围之内,但靠竖缝隔板处存在明显的主流贴壁现象。为此开展了池室优化方案设计,使鱼道池室流态满足鱼类上溯要求。     

竖缝式鱼道休息池水动力特性研究

诸多鱼类会在休息池内,特别是转弯段休息池内出现滞留或上溯困难。通过建立三维RNG k-ε紊流模型,分析了竖缝位置、池室长度、休息池内增设辅助隔板等对直段休息池、转弯段休息池水动力特性的影响。结果发现,休息池内水流紊动能、紊动耗散率远低于普通池室,且休息池越长,紊动能及紊动耗散率越低,休息空间越大;竖缝位置对直段休息池水流特性影响不大,规范规定的休息池池长是合理的。对于29°弯段休息池,竖缝异侧布置更有利,对于180°弯段休息池,同侧布置更有利;由于180°弯段休息池池室中央存在大范围高流速回流区,应予充分重视。在休息池内增设辅助隔板能有效消除池室中央大回流区,且大幅增加低流速区面积,值得推广应用。     

竖缝式鱼道细部结构改进研究

本文针对鱼道细部结构进行改进研究,提出了流线型墩头的布置型式。采用数值模拟的方法对不同墩头型式的鱼道进行水力特性对比分析,并对流线型墩头的鱼道进行试验研究。结果表明:与折线型墩头相比,流线型墩头不会导致鱼道水池内水流结构的显著改变;主流横向偏转程度有所减缓,横向扩散加大,有利于主流流速的沿程衰减;而竖缝控制断面局部水头损失减少,需采用较小的鱼道底坡以控制竖缝断面流速。鉴于流线型墩头能避免折线型墩头对上溯鱼类可能造成的物理伤害,条件允许时可考虑采用。     

齐口裂腹鱼幼鱼在竖缝式鱼道模型中的上溯行为研究

为了解齐口裂腹鱼在鱼道中的上溯情况,在大比尺竖缝式鱼道物理模型中开展了以齐口裂腹鱼幼鱼为过鱼对象的过鱼试验研究。试验中对通过时间、通过率和上溯轨迹进行了记录,并运用Spearman秩相关分析对齐口裂腹鱼的上溯轨迹和池室结构的水力因子(流速、紊动能、总水力应变)进行了分析。研究发现,试验用鱼通过时间平均值为132.7s,多数鱼倾向于快速通过鱼道完成上溯。试验鱼道通过率为71.9%,过鱼效果良好。多数齐口裂腹鱼上溯过程中会避开高流速区、高紊动能区和高水力应变区,在池室内齐口裂腹鱼上溯轨迹主要分布于上述参数较低的右侧回流区和隔板背水面,竖缝断面处多数齐口裂腹鱼选择上述参数相对较低的隔板侧区域通过。研究结果可为相关竖缝式鱼道设计和实践提供参考。     

竖缝式鱼道池室结构变化对水力特性的影响分析

竖缝鱼道的消能主要集中在竖缝处,竖缝束窄使水流形成漩涡,导致鱼道内流速过高,水流紊乱。为了改善竖缝式鱼道池室的水流特性,采用雷诺应力(RSM)模型对不同结构形式的同侧竖缝鱼道进行数值模拟。研究表明:在池室内正对竖缝下游布置圆柱型障碍物,竖缝处流速梯度减小,紊动能和雷诺剪切力均降低约20%～30%,这种池型的鱼道水力特性稳定,能满足更多鱼类的过坝。     

三峡水库开县水位调节坝鱼道工程设计

三峡水库开县水位调节坝工程的兴建,给流域内洄游性鱼类的繁殖带来不利影响,为此,拟修建鱼道作为沟通鱼类洄游的一项重要补救措施。首先论述了国内外现有鱼道工程的运行效果及先进技术,并结合水位调节坝工程特点,确定采用竖缝式鱼道型式。系统介绍了鱼道设计条件拟定、鱼道布置、池室设计、进口及诱鱼补水设计、出口结构、过鱼观测室设计及鱼道水工模型试验等情况,提出了较为系统的鱼道设计方案。     

同侧竖缝式鱼道结构优化数值模拟研究

鱼道是保证鱼类能顺利洄游的过鱼设施。通过竖缝相对宽度分别为0.05,0.10,0.15,0.30,底坡为10%的鱼道模型进行数值计算。采用可视化显示及数据分析的方法分析不同竖缝相对宽度、底坡条件下的同侧竖缝式鱼道的水流结构特征。通过模型模拟,分析水流沿水深方向的流速分布情况、主流区最大流速沿程分布及沿程衰减情况,以及在不同竖缝相对宽度和(或)不同流速情况下的紊动能分布情况。综合各物理量的分析,得出竖缝相对宽度b₀/B=0.15、底坡为10%时,水流在池室内能形成较好的适合鱼类洄游的流态:主流区水流横向扩散范围适中,主流区最大流速沿程均匀衰减,回流区面积较为对称,流速较小。     

An assessment of the effectiveness of a vertical‐slot fishway for non‐salmonid fish at a tidal barrier on a large tropical/subtropical river

Fishways for salmon in temperate rivers have often been successful, but salmonid‐type fishways for non‐salmonid species in tropical and subtropical rivers have frequently failed. This study assessed the effectiveness of modifying a salmonid‐type pool‐and‐weir fishway into a vertical‐slot design on a tidal barrage on the subtropical Fitzroy River, in Queensland, north‐eastern Australia. In 38 paired samples of the top and bottom of the fishway, over 16 months, 29 fish species and over 23 000 fish were collected at a maximum rate of 3400 per day. This study shows much greater potential for success with a vertical‐slot fishway as relatively few fish negotiated the original pool‐and‐weir design. Common species using the vertical‐slot fishway included blue‐catfish (Arius graeffei [Ariidae]), bony herring (Nematalosa erebi [Clupeidae]), striped mullet (Mugil cephalus [Mugilidae]), barramundi (Lates calcarifer [Centropomidae]), and long‐finned eels (Anguilla reinhardtii [Anguillidae]). Freshwater shrimp (Macrobrachium australiense [Palaemonidae]), juvenile crabs (Varuna litterata [Grapsidae]) and long‐finned elvers did not ascend the full length of the fishway and specific fishways for these species are recommended. Fish between 25 and 640 mm in length ascended the fishway, although the passage of smaller size classes of immature fish was restricted and this may be important for the sustainability of these migratory populations. The barramundi (200–640 mm) which ascended the fishway were all immature fish. However, during a period of low river flows enlarging the width of the vertical‐slot from 0.15 to 0.45 m only encouraged a small number of larger fish (890 mm maximum length) to enter. The strong diel movement patterns of many species will need to be considered in future fishway design. Blue‐catfish could ascend the fishway in 2 h, but many fish remained in the fishway and this behaviour may cause crowding and a reduction in fishway capacity. Further work is needed to assess the proportion of fish finding the fishway entrance. However, the findings suggest that vertical‐slot fishways with lower water velocities and turbulence than salmonid fishways have great potential to pass the diverse migratory fish fauna of subtropical and tropical rivers. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

隔板型式对竖缝式鱼道水力特性的影响研究

通过改变隔板中竖缝的位置和数量,构造四种不同型式的竖缝式鱼道,利用计算流体动力学分析工具,获得了不同工况下四种鱼道模型的三维流场。研究表明:同一鱼道型式、同一底坡,其主流曲线形式(池室内水流形态)与流量变化无关。研究结果可为鱼道设计提供参考。